深基坑 安全教育讲义

深基坑、高边坡施工安全知识杨政军第一部分、深基坑工程案例12008年11月15日15时15分，由我局六公司施工的杭州地铁1号线湘湖车站北2基坑由于西侧道路下沉致使基坑基底失稳，导致基坑坍塌，事发当日造成3人死亡，18人失踪，24人受伤，至2009年4月8日，最后4名失踪人员的尸体全部找到，2009年4月15日，浙江省杭州地铁湘湖站坍塌事故现场施救指挥部宣布地铁湘湖站坍塌事故现场施救工作结束，下步进入正常施工。事故共造成21人死亡，24人受伤，已构成重大伤亡事故。2008年11月15日23：20的事故现场11月18日人工挖探沟搜寻失踪人员案例22006年7月13日17:40，中铁三局四公司承建的首都机场轨道交通工程6标段，协议工刘明在左线K11+364.95处进行下台阶雨水清理时，开挖面土体突然发生坍塌（约2立方米）将其掩埋，送医院抢救无效18:40死亡。案例32007年4月10日18时30分，中铁五局一公司承建的四川省甘孜州雅江县两河口水电站1#承包商营地场平工程，在进行挡土墙基坑开挖过程中，边坡突然发生滑塌，7名作业人员被掩埋致死，构成较大伤亡事故。案例4南京交通银行，基坑深7.4ｍ，挡土桩为钻孔桩（直径0.8ｍ，桩中心距10ｍ，桩长13ｍ）；其后设直径0.3ｍ的旋喷桩作止水帷幕；坑壁土依次为填粘土、粉土与粉质粘土、淤泥质粉质粘土；地下水位在地表下1ｍ处。由于钻孔桩和止水桩质量差，止水帷幕未形成，基坑开挖后，东南角桩间出现大量涌泥和流砂，挡土桩向基坑内侧倾斜达20ｃｍ以上，桩后形成了5～10ｃｍ的地面裂缝，坡面滑移，使东南面的和平电影院严重开裂破坏，被迫停业拆除。青海西宁一工地发生基坑边坡坍塌事故8人遇难2009年３月１９日13时３５分，位于青海省西宁市商业巷南市场的佳豪广场４号楼施工现场发生坍塌事故，造成８人死亡。经初步判断，这起事故是由施工单位违规操作，强行施工造成的。这８名工人是在施工现场为基坑边坡喷浆时，边坡突然坍塌，被埋入土中的。基坑工程既是土力学基础工程中一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的新型岩土工程难题，涵盖学科众多，如工程地质、基础工程、土力学、水力学、结构力学、材料力学、施工技术等等学科，既涉及到土力学中典型的强度、稳定与变形问题，又涉及到水、土与支护结构的共同作用问题。深基坑施工的主要风险就是失稳坍塌。一、深基坑工程概述1、基坑支护工程基坑支护工程是指开挖深度超过5m(含5m)的基坑(槽)并采用支护结构施工的工程；或基坑虽未超过5m，但地质条件和周围环境复杂、地下水位在坑底以上的工程。2、为了保证基坑施工的安全性，要对地质条件差的基坑进行支护。有支护基坑工程一般包括以下内容：（1）围护结构（2）支撑系统（3）土方开挖（4）降水工程（5）地基加固（6）监测（7）环境保护3、深基坑工程特点(l)深基坑开挖涉及强度、稳定、变形问题，以及土与挡土支护的共同作用问题。(2)随着城市高层建筑及地铁工程大量兴起，对深基坑开挖技术要求更加严格，不仅要确保挡土支护结构的强度和边坡的稳定，还要满足变形控制的要求，确保基坑周围的已有建筑物、地下管线及道路等的安全。(3)深基坑工程的施工对象是自然土，其性质千变万化，具有很强的地域特征，其设计及施工必须充分考虑地域特点及当地经验。4、深基坑工程难点：(1)一般情况下地铁及高层建筑都集中在市区，建筑密度大、人口密集、交通拥挤、施工场地狭小，深基坑工程施工条件很差。(2)高地下水位的不利影响。(3)深基坑开挖所引起的挡土结构变形是不可避免的，对周围环境势必造成影响。(4)深基坑工程具有复杂性和不确定性，迄今对深基坑及其支护结构尚没有一个成熟的计算理论和计算方法。(5)岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性，往往造成勘察所得的数据离散性大，且往往难以代表土层的总体情况，给深基坑工程的设计和施工增大了难度。5、深基坑施工面临主要问题（1）支护结构的变形及稳定性；（2）地面变形；（3）基坑整体稳定及坑底隆起。对国内倒塌或出现较大事故的65个深基坑工程实例分析，支护结构产生较大变形的占15.4%，锚杆及内支撑失效占10.7%,降水不当占10.7%，整体失稳、坑底隆起仅占6.1%，环境破坏占9.2%，施工不当占22%，以上综合因素影响或其它原因占25.9%。二、深基坑支（围）护施工1、基坑变形控制等级标准（特级)地面沉降及墙侧移控制要求地面最大沉降量≤0.1%H；围护墙最大水平位移≤0.14%H；抗隆起安全系数≥2.2H---基坑深度环境保护要求离基坑10米，周围有地铁,沟渠、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全地面沉降及墙侧移控制要求地面最大沉降量≤0.2%H；围护墙最大水平位移≤0.3%H；抗隆起安全系数≥2.0环境保护要求离基坑周围H范围内设有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物。2、基坑变形控制等级标准（一级)地面沉降及墙侧移控制要求地面最大沉降量≤0.5%H；围护墙最大水平位移≤0.7%H；抗隆起安全系数≥1.5环境保护要求离基坑周围H范围内设有较重要的支线管道和一般建筑、设施。3、基坑变形控制等级标准（二级)地面沉降及墙侧移控制要求地面最大沉降量≤1.0%H；围护墙最大水平位移≤1.4%H；抗隆起安全系数≥1.2环境保护要求在基坑周围30米范围内设有需保护建筑设施和管线、构筑物。4、基坑变形控制等级标准（三级)5、基坑开挖支撑施工的基本要求开挖支撑施工是决定基坑成败优劣的关键工序，施工中必须解决两个基本问题：（1）基坑稳定及支护结构强度问题；（2）基坑变形引起的环境保护问题。6、基坑稳定破坏形式主要有：（1）基坑整体滑动；（2）被动区土体失稳（踢脚失稳）；（3）基坑底部隆起；（4）管涌和流砂；（5）突涌。7、支护结构强度破坏主要形式：（1）支撑压曲；（2）围护墙体破坏；（3）支撑节点或支点失滑。8、选择支护结构类型需考虑的因素：（1）基坑开挖深度；（2）边坡允许坡度；（3）坑壁土体物理力学性质（土质优劣）；（4）地下水位情况；（5）坑边地表超载范围及大小；（6）周围环境（周边建筑物及管线情况）；（7）基坑允许变形；（8）施工因素（施工单位技术水平和设备状况等）。9、支护结构设计需考虑的荷载（1）水土压力；（2）地面超载；（3）施工荷载；（4）坑边邻近建筑物荷载；（5）当支护结构兼作主体结构时，应考虑人防及地震荷载。10、基坑支护常用类型选择支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注悬臂桩排式挡土结构基坑周围不具备放坡条件或重力式挡墙的宽度；邻近基坑边无重要建筑物或地下管线软土地区；一般粘性土4m〔软土地区)；10m(一般粘性土)优点：施工单一，不需支锚系统；基坑深度不大时.从经济性，工期和作业性方面分析为较好的支护结构型式。缺点：对土的性质和荷载大小较敏感；坑顶水平位移及结构本身变形较大，变形较大时可选用双排桩或多排桩体系。支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深度备注钢板桩地下水位较高;邻近基坑边无重要建筑物或地下管线。软土，淤泥，淤泥质土。10m优点：板桩系工厂制品，质量及接缝精度均能保证；有一定的挡水能力；施工迅速；能重复使用。缺点：打桩挤土，拔出时又带出土体；在砂砾层及密砂中施工困难；刚度较排桩与地下连续墙小。适用于地下水位较高、水量较多、软弱地基及深度不太大的基坑。支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注深层搅拌水泥土桩挡墙基坑周围不具备放坡条件，但具备挡墙的施工宽度；邻近基坑边无重要建筑物或地下管线软土、淤泥质土12m优点：水泥土实体相互咬合较好，比较均匀。桩体连续性好，强度较高；既可挡土又可形成隔水帷幕；适用于任何平面形状；施工简便。缺点：坑顶水平位移较大；需要有较大的坑顶宽度支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注地面水平拉结与支护桩结构基坑周围场地开阔；有条件采用预应力钢筋或花兰螺丝拉紧一般粘性土、砂土12m在挡土桩上端采用水平拉结，其一端与挡土桩连接，另一端与锚梁或锚桩连接，可以作预应力张拉端，也可以用花兰螺丝拉紧。优点。施工简单；节省支护费用。缺点：因锚梁或锚桩要在稳定区内，故要有一定的场地支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注土钉墙基坑周围不具备放坡条件；邻近基坑边无重要建筑物、深基础建筑物或地下管线一般粘性士、中密以上砂土15m优点：土钉与坑壁土通过注浆体、喷射混凝土面层形成复合土体、提高边坡稳定性及承受坡顶荷载的能力；设备简单，施工不需单独占用场地；造价低；振动小，噪声低。缺点：在淤泥，松砂或砂卵石中施工困难；上体内富含地下水施工困难；在市区内或基坑周围有需要保护的建筑物时，应慎用土钉墙支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注1、支撑排桩挡土结构基坑平面尺寸较小；或邻近基坑边有深基础建筑物；或基坑用地红线以外人允许占用地下空间；邻近地下管线需要保护不限20m优点：受地区条件、土层条件及开挖深度等的限制较少；支撑设施的构架状态单纯，易於掌握应力状态，易於实施现场监测。缺点：挖土工作面不开阔；支撑内力的计算值与实际值常不相符，施工时需采取对策；支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注2、环内支撑桩墙支护结构基坑周边施工场地狭窄或有相邻重要建筑物，且基坑尺寸较大可塑以上粘性土20m对下列条件，可选用环形内支撑排桩支护结构：相邻场地有地下建筑物，不宜选用锚杆支护时；为保护场地周边建筑物，基坑支护桩不得有较大内倾变形时；场地土质条件较差，对支护结构有较大要求时。支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注3、支护结构与坑内土体加固的复合式支挡基坑内被动土压力区土质较差，或基坑较深，防止基坑支护结构过大变形或坑底土体隆起可塑粘性土20m坑内加固目的：减少挡上结构水平位移；弥补墙(桩）体插入深度不足；抗坑底隆起；抗管涌。被动区加固方法：注浆法、深层搅拌桩法和旋喷桩法等。支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注4、逆作法或半逆作法支护结构基坑周边施工场地狭窄；邻近基坑边有重要建筑物或地下管线不限20m优点：以地下室的梁板作支撑，自上而下施工，变形小，节省临时支护结构：可以地上、地下同时施工，立体交叉作业，施工速度快；适用于开挖平面不规则、基地高低不平或侧压力不平衡等作业条件下的工程。缺点：挖土施工比较困难；节点处理比较困难支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注H型钢桩加横档板地下水位较低；邻近基坑边无重要建筑物或地下管线。粘土砂土25m优点：材料采购容易；施工简单迅速；拔桩作业简单，主桩可重复使用。缺点：整体性差；止水性差；打拔桩噪声大；拔桩后留下孔洞需处理；在卵石地基中较难施工；地下水位高时需降水。支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注锚杆排桩挡土结构基坑周围施工宽度狭小。邻近基坑边有建筑物或地下管线需要保护，邻近基坑边无深基础建筑物；或基坑用地红线以外允许占用地下空间锚杆的锚固段要求有较好土层，其余不限30m优点：用锚杆取代支撑可直接扩大作业空间，进行机械化施工；开挖面积特大时，或开挖平面形状不整齐时，或建筑物地下层高差复杂时，或倾斜开挖且土压力为单侧时采用锚杆较支撑有利。缺点：挖土作业需分层进行；当基坑用地红线以外不允许占用地下空间时，需采用拆卸式锚杆支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注组合支护结构邻近基坑边有重要建筑物或地下管线，基坑周边施工场地狭窄不限30m单一支护结构型式难以满足工程安全或经济要求时，可考虑组合式支护结构；其型式应根据具体工程条件与要求，确定能充分发挥所选结构单元特长的最佳组合型式支护结构类型施工及场地条件地质条件基坑深备注地下连续墙基坑周围施工宽度狭小；邻近基坑边有建筑物或地下管线需要保护不限60m优点：低振动、低噪声、刚度大、整体性好，变形小，故周围地层不致沉陷。地下埋设物不致受损，任何设计强度、厚度或深度均能施工；止水效果好，施工范围可达基坑用地红线，故可提高基地使用面积；可作为永久结构的一部分。缺点：工期长；造价高；采用稳定液挖掘沟